可编程光电传感器及应用电路的制作方法

1.本发明涉及光电传感器技术领域，具体涉及一种可编程光电传感器及应用电路。


背景技术：

2.光电传感器，是一种基于光电效应将光信号转换为电信号的一种器件。基于其物理特性，光电传感器被广泛用于自动化设备，物联网，智能家居的各种位置测量的应用中。根据实际工作方法的不同，光电传感器包括漫反射光电接近开关、对射型光电接近开关、回归反射式光电接近开关，以及背景抑制光电传感器等。
3.现有技术中，已存在有基于光电传感器实现的工业应用设备。比如，利用光电接近开关实现设备的启停、控制等。但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中的光电传感器，其实际控制参数相对固定难以调整，进而使得光电传感器在实际的应用场景中表现不佳，不能根据实际需要很好地调整光电传感器的参数设定。同时，现有技术中的光电传感器容易受到外界电磁信号干扰，进而使得光电传感器在应用过程中发生故障，影响工业设备的正常生产、使用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种可编程光电传感器及应用电路。
5.具体技术方案如下：
6.一种可编程光电传感器，包括：
7.发射模块，连接至少一个发射管；
8.接收模块，连接至少一个接收管，所述接收管接收一光信号，所述接收模块根据所述光信号生成一接收信号；
9.所述光信号由外部输入或由所述发射模块驱动至少一个所述发射管生成；
10.输出模块，连接所述接收模块和一外部的受控电路，所述输出模块根据所述接收信号生成一输出信号并传输至所述受控电路；
11.控制模块，分别连接所述发射模块、所述接收模块、所述输出模块和一外部的上位机，所述控制模块接收自所述上位机发出的控制参数，所述控制参数用于控制所述发射模块、所述接收模块和所述输出模块。
12.优选地，所述可编程光电传感器还包括一时序电路，所述时序电路分别连接所述发射模块、所述接收模块、所述输出模块和所述控制模块；
13.所述时序电路根据所述控制参数向所述发射模块、所述接收模块、所述输出模块输出一时序信号；
14.所述发射模块根据所述时序信号驱动所述发射管生成所述光信号；
15.所述接收模块根据所述时序信号对所述发射模块进行锁相，所述输出模块根据所述时序信号对所述接收信号进行解调。
16.优选地，所述时序电路还包括一时序输入端，所述时序输入端连接一外部的时序
生成装置；
17.则所述时序信号由所述时序电路产生，或由所述时序生成装置输入。
18.优选地，所述接收模块包括：
19.开关矩阵，所述开关矩阵连接至少一个所述接收管，所述开关矩阵根据所述控制参数可控制地开断，以使得特定的所述接收管的电信号通过；
20.电流放大器，所述电流放大器的输入端连接所述开关矩阵的输出端；
21.开关电容放大器，所述开关电容放大器的输入端连接所述电流放大器的输出端；
22.优选地，所述接收模块还包括一反馈抗干扰电路；
23.所述反馈抗干扰电路的输入端连接所述电流放大器的输出端；
24.所述反馈抗干扰电路的输出端连接所述电流放大器的输入端。
25.优选地，所述输出模块包括一模拟输出子模块，所述模拟输出子模块具体包括：
26.采样保持电路，所述采样保持电路的输入端连接所述接收模块的输出端；
27.信号积分电路，所述信号积分电路的输入端连接所述采样保持电路的输出端；
28.信号处理电路，所述信号处理电路的输入端连接所述信号积分电路的输出端，所述信号处理电路的输出端连接所述受控电路。
29.优选地，所述输出模块还包括一开关量输出子模块，所述开关量输出子模块包括：
30.开关电容比较电路，所述开关电容比较电路的输入端连接所述接收模块的输出端；
31.数字积分电路，所述数字积分电路的输入端连接所述开关电容比较电路的输出端；
32.驱动电路，所述驱动电路的输入端连接所述数字积分电路的输出端，所述驱动电路的输出端连接所述受控电路。
33.优选地，所述电容比较电路包括：第一开关电容比较器和第二开关电容比较器，所述数字积分电路包括：第一数字积分器和第二数字积分器，所述驱动电路包括开关驱动电路和警报生成单元；
34.其中，所述第一开关电容比较器的输入端连接所述接收模块的输出端，所述第一数字积分器的输入端连接所述第一开关电容比较器的输出端，所述第一数字积分器的输出端连接所述开关驱动电路的输入端和所述警报生成单元的输入端，所述第一数字积分器的反馈端连接所述第一开关电容比较器的受控端；
35.所述第二开关电容比较器的输入端连接所述接收模块的输出端，所述第二数字积分器的输入端连接所述第二开关电容比较器的输出端，所述第二数字积分器的输出端连接所述警报生成单元的输入端，所述第二数字积分器的反馈端连接所述第二开关电容比较器的受控端。
36.优选地，所述输出模块还包括：
37.延时电路，所述延时电路的控制端连接所述时序电路，所述延时电路的输出端连接所述驱动电路；
38.所述延时电路根据所述时序信号向所述驱动电路发送一控制信号，以使得所述驱动电路在所述延时电路的控制下向所述受控电路发送所述输出信号。
39.优选地，所述输出模块还包括一过载保护电路，所述过载保护电路的感测端连接
所述受控电路，所述过载保护电路的输出端连接所述时序电路，所述过载保护电路的受控端连接所述控制模块；
40.所述过载保护电路根据所述控制参数获取所述受控电路的检测电压值，并根据所述检测电压值和所述控制参数可选择地向所述时序电路发出一重置信号，所述重置信号用于所述时序电路控制所述驱动电路停止输出所述输出信号。
41.优选地，所述控制模块包括：
42.通信电路，所述通信电路与所述上位机通信连接，所述通信电路自所述上位机接收所述控制参数；
43.寄存器，所述寄存器连接所述通信电路、所述发射模块、所述接收模块、所述输出模块和所述时序电路，所述寄存器存储并转发所述控制参数；
44.所述通信电路与所述上位机的通信过程中对所述控制参数进行校验。
45.优选地，所述寄存器中设置有多个校验位；
46.所述校验位于所述通信电路接收到所述控制参数时对所述控制参数进行存储；
47.所述校验位于所述可编程光电传感器工作时对所述控制参数进行校验，并在校验不通过时产生一报警信号。
48.优选地，所述控制模块还包括一判断电路，所述判断电路连接所述寄存器和所述通信电路；
49.当所述通信电路的所述校验不通过时，所述通信电路产生所述报警信号；
50.所述判断电路在接收到所述寄存器和/或所述通信电路产生的所述报警信号时，向所述上位机发送一提醒信号。
51.一种应用电路，包括上述的可编程光电传感器，还包括：
52.第一发射管阵列，所述第一发射管阵列连接所述可编程光电传感器，所述第一发射管阵列于所述可编程光电传感器的控制下生成第一光信号；
53.第一接收管阵列，所述第一接收管阵列连接所述可编程光电传感器，所述第一接收管阵列根据所述第一光信号生成第一电信号；
54.第一上位机，所述第一上位机向所述可编程光电传感器发送第一控制参数；
55.所述可编程光电传感器根据所述第一控制参数和所述第一电信号生成第一输出信号和第二输出信号；
56.所述可编程光电传感器根据所述第一输出信号和所述第二输出信号分别控制第一三极管和第二三极管的导通与关闭。
57.一种应用电路，包括上述的可编程光电传感器，还包括：
58.第二发射管阵列，所述第二发射管阵列连接所述可编程光电传感器，所述第二发射管阵列于所述可编程光电传感器的控制下生成第二光信号；
59.第二接收管阵列，所述第二接收管阵列连接所述可编程光电传感器，所述第二接收管阵列根据所述第二光信号生成第二电信号；
60.第二上位机，所述第二上位机向所述可编程光电传感器发送第二控制参数；
61.所述可编程光电传感器根据所述第二控制参数，所述第二电信号生成一模拟输出信号，并将所述模拟输出信号发送至所述第二上位机。
62.上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过设置控制模块对发射模块、接收模
块和输出模块的控制参数进行调节，实现了可编程光电传感器整体的工作参数可控、易于调节，进而使得可编程光电传感器整体在实际应用中可以根据实际需求对控制参数进行调节，实际工作表现更符合设计指标，克服了现有技术中光电传感器设定参数较少、难以进行调节的缺点。
附图说明
63.参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
64.图1为本发明实施例的整体示意图；
65.图2为本发明实施例中外部输入时序示意图；
66.图3为本发明实施例中接收模块示意图；
67.图4为本发明实施例中模拟输出子模块示意图；
68.图5为本发明实施例中开关量输出子模块示意图；
69.图6为本发明实施例中输出模块子模块示意图；
70.图7为本发明另一种实施例中的开关量子模块示意图；
71.图8为本发明实施例中开关量子模块工作原理图；
72.图9为本发明实施例中延时电路示意图；
73.图10为本发明实施例中过载保护电路示意图；
74.图11为本发明实施例中过载保护电路原理示意图；
75.图12为本发明实施例中控制模块示意图；
76.图13为本发明实施例中一种应用电路的示意图；
77.图14为本发明实施例中另一种应用电路的示意图。
具体实施方式
78.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
79.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
80.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
81.本发明包括：
82.一种可编程光电传感器，如图1所示，包括：
83.发射模块1，发射模块1连接至少一个发射管11；
84.接收模块2，接收模块2连接至少一个接收管21，接收管21接收一光信号，接收模块2根据光信号生成一接收信号；
85.光信号由外部输入或由发射模块1驱动至少一个发射二极管11生成；
86.输出模块3，输出模块3连接接收模块2和一外部的受控电路b1，输出模块3根据接收信号生成一输出信号并传输至受控电路b1；
87.控制模块4，控制模块4连接发射模块1、接收模块2、输出模块3和一外部的上位机a1，控制模块4接收自上位机a1发出的控制参数，控制参数用于控制发射模块1、接收模块2和输出模块3。
88.具体地，针对现有技术中光电传感器的参数固定，难以根据实际需要进行简单调节的问题，本实施例中通过设置控制模块4接收自上位机a1发出的控制参数，进而针对发射模块1、接收模块2和输出模块3的控制参数进行分别调节，使得可编程光电传感器在实际使用过程中能够根据实际需求对各模块进行控制，进而更好地适应应用场景。
89.在实施过程中，发射模块1体现为一驱动电路，其用于根据控制参数或其他信号进行调制，并驱动发射管11生成特定的光脉冲信号。特定的光脉冲信号指发射模块1根据控制参数对光信号的频率、脉冲宽度、占空比、编码等进行更改以实现较好的识别效果。发射管11为可编程光电传感器自带的发射管或通过特定的发射接口与发射模块1连接的发射管。其在实际实施过程中可以是形如发光二极管(light-emitting diode，led)、垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)等发光器件。多个发射管11之间可以以特定排布组成一发射阵列，以形成特定形式的光源。接收管21为一光电接收管或光电接收管阵列，其设置在可编程光电传感器中，或通过特定的接收接口与接收模块2连接，用于根据接收到的光信号生成电信号。多个接收管21之间可以以特定排布组成一接收阵列，其具体位置和大小由可编程光电传感器的光路决定。接收模块2为一信号处理电路，其用于对接收管21输出电信号进行处理以生成接收信号。输出模块3为一信号处理电路，其用于对接收信号进行处理以转换成特定的模拟量输出或开关量输出，进而对受控电路b1进行控制。控制模块4为一具有通信和数据存储功能的处理装置，其通过如i2c、spi等总线连接至上位机a1，以实现对控制参数的接收。为实现可编程光电传感器的工作过程，还包括一供电模块，其连接外部的供电电路，用于为上述各模块供电。
90.作为可选的实施方式，发射模块1根据控制参数调节发射管11产生的光信号的强度。
91.具体地，针对现有技术中光电传感器可设置的参数较少的问题，本实施例中通过控制参数实现了对发射模块1驱动发射管11产生的光信号的强度的控制，进而改变可编程光电传感器的探测距离。
92.在实施过程中，发射模块1根据控制参数获取到待发送的脉冲光的相关信息，包括发射频率、脉宽宽度位、占空比、相位等，进而根据控制参数产生特定的脉冲光。
93.作为可选的实施方式，可编程光电传感器还连接一按键开关，用于生成距离设置指令，对控制模块4发出的控制参数进行调整，进而改变可编程光电传感器的探测距离、工作模式、上电延时时间等参数。
94.作为可选的实施方式，该按键开关在可编程光电传感器的上电后一初始化时间内可输出距离设置指令。当超过初始化时间后，可编程光电传感器不再接收距离设置指令，进而提高了可编程光电传感器的稳定性。
95.在一种较优的实施例中，可编程光电传感器还包括一时序电路5，
96.时序电路5根据控制参数向发射模块1、接收模块2、输出模块3输出一时序信号；
97.发射模块1根据时序信号驱动发射管11生成光信号；
98.接收模块2根据时序信号对发射模块1进行锁相，输出模块3根据时序信号对接收
信号进行解调。
99.具体地，针对现有技术中光电传感器容易受到外部电磁/光信号干扰的问题，本实施例中通过时序电路5分别为发射模块1、接收模块2和输出模块3输出同一时序信号，并根据时序信号对光信号进行调制，进而使得光信号在时域或频域中与干扰信号错开，或是通过调节光信号的编码格式使得光信号在复杂电磁/光环境下仍能够取得较好的识别效果，提高了可编程光电传感器整体的抗干扰性。
100.在实施过程中，时序电路5为一基于控制参数对时序信号进行调节的时序电路，其用于向发射模块1、接收模块2、输出模块3输出同一时序信号，进而完成整体过程的信号调制、锁相和信号解调，并且在实际应用场景中根据控制参数对时序信号进行调整以实现较好的抗干扰性。控制参数为上位机a1在应用过程中根据实际环境中的电磁信号和光信号干扰状况生成。当可编程光电传感器位于复杂环境中，其可能接收到来自周围环境中与当前的发射模块1生成的发射光信号频率相近的环境光信号或环境电磁信号。当可编程光电传感器受到环境光信号或环境电磁信号干扰输出一异常值时，上位机a1可根据预先生成的程序发送新的控制参数来改变时序信号，以使得发射模块1根据新的时序信号对发射光信号进行调整，包括发射光信号的频率、脉冲宽度、占空比、编码方式等，进而使得光信号在时域或频域中与干扰信号错开，或是通过调节光信号的编码格式使得光信号在复杂电磁/光环境下仍能够取得较好的识别效果。同时，由于接收模块2和输出模块3均依赖于同一时序电路5生成的时序信号完成锁相、解调，因此当时序信号随下发的控制参数改变时，接收模块2和输出模块3均能够正常工作，同时避免了外界的电磁信号的干扰。
101.作为可选的实施方式，时序电路5在可编程光电传感器上电后的一预设的延时时间段内持续输出一低电平信号作为时序信号。
102.具体地，针对现有技术中的光电传感器在上电过程中容易发生电压抖动的问题，本实施例中通过时序电路5在上电过程中持续输出低电平信号，进而控制发射模块1、接收模块2、输出模块3在上电过程中保持初始状态，不随着上电过程中的电压变化发生抖动，提高了可编程光电传感器的稳定性。
103.在一种较优的实施例中，如图2所示，时序电路5还包括一时序输入端，时序输入端连接一外部的时序生成装置c1；
104.则时序信号由时序电路产生，或由时序生成装置c1输入。
105.具体地，针对现有技术中，同型号或同批次的光电传感器之间容易相互干扰的问题，本实施例中通过时序电路5接收自外部输入的时序信号对可编程光电传感器进行控制，从而使得多个可编程光电传感器之间发出的光信号在时域、频域或编码格式上得以错开，避免了光电传感器之间相互干扰的问题。
106.在实施过程中，时序生成装置c1为一外部的控制装置，其连接有多个可编程光电传感器。该控制装置内设置有多组时序电路，以分别向可编程光电传感器发送相互独立的时序信号，进而使得多个可编程光电传感器之间互不干扰。在另一实施例中，时序电路5还包括一总线通信电路，时序生成装置c1通过总线连接至多个可编程光电传感器，多个可编程光电传感器之间采用时分或码分的方式接收时序信号。在另一实施例中，时序生成装置c1为上一级的可编程光电传感器。当上级可编程光电传感器的时序电路5根据控制参数生成时序信号时，其分别向发射模块1和下级可编程光电传感器的时序电路5发送时序信号。
当下级可编程光电传感器接收到时序信号，并使得发射模块1生成光信号时，上级可编程光电传感器已完成光信号的发射-接收过程，进而使得上下级的可编程光电传感器之间的工作时间错开。因此，通过对可编程光电传感器进行级联，也可以实现多个可编程光电传感器之间互不干扰的效果。
107.在一种较优的实施例中，如图3所示，接收模块2包括：
108.开关矩阵22，开关矩阵22连接至少一个接收管21，开关矩阵22根据控制参数可控制地开断，以使得特定的接收管21的电信号通过；
109.电流放大器23，电流放大器23的输入端连接开关矩阵22的输出端；
110.开关电容放大器24，开关电容放大器24的输入端连接电流放大器23的输出端。
111.具体地，针对现有技术中光电传感器容易存在系统误差的问题，本实施例中通过设置与发射模块1锁相的开关电容放大器24实现相关双采样，得到没有光信号时和有光信号时的电压差值，进而减小了现有技术中由放大器零点等问题导致的误差，实现了较好的准确度。
112.在实施过程中，开关矩阵22为多个开关组成的矩阵，该矩阵中每个开关分别连接一接收管21，以根据控制参数和时序信号在特定时间开断，进而使得特定的接收管21的电信号通过。电流放大器23为一i-v转换器，其通过接收自控制模块4输出的控制参数调节电流放大倍率，进而实现对输出信号的调节。开关电容放大器24指基于开关电容技术实现的锁定放大器，其基于时序电路5产生的时序信号完成锁相过程，从而准确地获得了有光信号时和没有光信号时的电压差值，提高了接收模块2的准确度，并实现了较低的功耗和较好的噪声抑制效果。
113.在一种较优的实施例中，接收模块2还包括一反馈抗干扰电路25；
114.反馈抗干扰电路25的输入端连接电流放大器23的输出端；
115.反馈抗干扰电路25的输出端连接电流放大器23的输入端。
116.具体地，针对现有技术中光电传感器容易受到环境中电磁信号和光信号干扰的问题，本实施例中针对环境中光信号干扰生成的直流信号或低频信号的特点，通过设置反馈抗干扰电路25，将低频光电流在电流放大器23的输出端产生的电压通过反馈回路反馈到电流放大器23的输入端，使得低频光电流在电流放大器的输入端的电流值趋近于0，进而使得低频光电流在电流放大器23的输出端的信号大大减弱，达到抗低频干扰信号的目的，进一步提高了可编程光电传感器的抗干扰能力。
117.在一种较优的实施例中，如图4所示，输出模块3包括一模拟输出子模块31，模拟输出子模块31具体包括：
118.采样保持电路311，采样保持电路311的输入端连接接收模块2的输出端；
119.信号积分电路312，信号积分电路312的输入端连接采样保持电路311的输出端；
120.信号处理电路313，信号处理电路313的输入端连接信号积分电路312的输出端，信号处理电路313的输出端连接受控电路b1。
121.具体地，针对现有技术中光电传感器种类较为固定，不能很好地适应实际应用的需求的问题，本实施例中通过在模拟输出子模块31中设置信号处理电路313对多个接收管21产生的接收信号进行运算，进而使得可编程光电传感器可工作在如漫反射模式、回归反射模式和背景抑制等模式下，以符合用户需求。
122.在实施过程中，当受控电路b1为模拟接收端时，输出模块3中的采样保持电路311和信号积分电路312分别接收控制参数以调整电流-电压的转换增益、采样次数和积分时间。信号处理电路313为一算术逻辑电路，其在控制参数的调节下对接收信号进行加、减、乘、除等运算操作，从而改变可编程光电传感器的工作模式。
123.在一种实施例中，可编程光电传感器工作在漫反射或回归反射模式下，此时接收模块2连接了两个接收管21。接收管21以时间顺序先后接收两个光信号，随后由信号处理电路313计算根据两个光信号产生的接收信号的和值，并作为输出信号，进而使得可编程光电传感器实现漫反射或回归反射模式。
124.在另一种实施例中，可编程光电传感器工作在背景抑制模式下，此时接收模块2连接了两个接收管21，接收管21以时间顺序先后接收光信号并生成电信号，随后由信号处理电路313计算根据两个电信号产生的接收信号的差值，并作为输出信号，进而使得可编程光电传感器实现背景抑制模式。
125.在另一种实施例中，可编程光电传感器工作在距离测量模式下。此时接收模块2连接了多个接收管21。接收管21以时间顺序先后生成多个电信号，随后由信号处理电路313计算根据每个电信号产生的接收信号的比值，并作为输出信号，进而使得可编程光电传感器实现距离测量模式。
126.在一种较优的实施例中，如图5所示，输出模块3还包括一开关量输出子模块32，开关量输出子模块32包括：
127.开关电容比较电路321，开关电容比较电路321的输入端连接接收模块2的输出端；
128.数字积分电路322，数字积分电路322的输入端连接电容比较电路321的输出端；
129.驱动电路323，驱动电路323的输入端连接数字积分电路322的输出端，驱动电路323的输出端连接受控电路b1。
130.具体地，针对现有技术中光电传感器在工作时容易受到环境因素干扰的问题，本实施例中，通过使用和发射信号锁相的开关电容比较电路，设置开关电容比较电路321和数字积分电路322实现了对接收信号的判断，进而根据判断结果控制驱动电路323向受控电路b1发送输出信号，提高了可编程光电传感器的抗干扰性。
131.需要说明的是，如图4、图5和图6所示，上述模拟输出子模块31、开关量输出子模块32在输出模块3中可以任意组合以符合受控电路b1的需求，其并不构成对实际实施例的限制。
132.在一种较优的实施例中，如图7所示，电容比较电路321包括：第一开关电容比较器321a和第二开关电容比较器321b，数字积分电路322包括：第一数字积分器322a和第二数字积分器322b，驱动电路323包括开关驱动电路323a和警报生成单元323b；
133.其中，第一开关电容比较器321a的输入端连接接收模块2的输出端，第一数字积分器322a的输入端连接第一开关电容比较器321a的输出端，第一数字积分器322a的输出端连接开关驱动电路323a的输入端和警报生成单元323b的输入端，第一数字积分器322a的反馈端连接第一开关电容比较器321a的受控端；
134.第二开关电容比较器321b的输入端连接接收模块2的输出端，第二数字积分器322b的输入端连接第二开关电容比较器321b的输出端，第二数字积分器322b的输出端连接警报生成单元323b的输入端，第二数字积分器322b的反馈端连接第二开关电容比较器321b
的受控端。
135.具体地，针对现有技术中的光电传感器难以调节开关量输出的回差的问题，本实施例中通过控制参数和第一数字积分器322a调节第一开关电容比较器321a的阈值，进而改变了开关量输出的回差，使得可编程光电传感器能够根据实际需求对动作回差进行设置。
136.进一步地，针对现有技术中的光电传感器难以调整警报回差的问题，本实施例中添加了由控制参数和第二数字积分器322b进行调节的第二开关电容比较器321b，通过改变第二开关电容比较器321b的阈值实现了对警报回差的调整，进而使得可编程光电传感器更符合实际需求。
137.在实施过程中，第一开关电容比较器321a根据控制参数存储有两组阈值vthm和vthl，第二开关电容比较器321b根据控制参数存储有两组阈值存储有两组阈值vthh和vthm，警报生成单元为一异或逻辑门单元，其输入信号为aloo，输出信号为alo。则以npn输出为例，如图8所示，第一开关电容比较器321a的初始阈值被设置为vthm。当接收模块2接收到的光信号强度逐渐增加，使得输入第一开关电容比较器321a的电压高于阈值vthm时，第一数字积分器322a的动作输出(swo)电平由低变高，进而使得开关驱动电路323a输出输出信号。当动作输出电平翻转时，第一数字积分器322a对第一开关电容比较器321a的阈值进行设置，使得阈值变为vthl，进而使得在光信号强度减弱时，第一开关电容比较器321a的输入电压在低于vthl时，动作输出电平才会由高变低。vthm和vthl之间的差值就是动作输出电平的回差，其可以通过控制参数来改变。
138.进一步地，当光信号强度未达到阈值，即第二电容比较器321b的初始阈值vthh未被触发时，警报生成单元323b生成的警报信号(alo)位于高电平。由于阈值vthh高于第一开关电容比较器321a的初始阈值vthm，因此开关驱动电路323a输出的动作输出电平为高电平，此时表明传感器处于触发状态但是光照余量不够，状态不稳定。当光信号强度达到阈值，即第二开关电容比较器的初始阈值vthh被触发时，表明光照余量足够，状态稳定，警报生成单元323b生成的警报信号(alo)由高电平翻转为低电平。当警报信号发生电平翻转时，第二数字积分器322b对第二开关电容比较器321b的阈值进行设置，以使得第二开关电容比较器321b的阈值变为vthm。当光信号强度自峰值逐渐减弱时，第二开关电容比较器321b上电压逐渐跌落至阈值vthm，此时表明传感器处于触发状态，但光照余量不足，状态不稳定，则警报信号再次翻转为高电平。由于第一开关电容比较器321a的当前阈值被设置为vthl，其低于第二开关电容比较器的当前阈值vthm，因此其仍能够维持高电平的动作输出信号，直至输出模块2的输出信号的电压跌落至vthl，此时警报信号和动作输出信号均为低电平。其中，第二开关电容比较器321b上的阈值vthh和vthm之间的差值即为警报回差，其通过控制参数得以改变。
139.在一种较优的实施例中，如图9所示，输出模块3还包括：
140.延时电路33，延时电路的控制端连接时序电路5，延时电路33的输出端连接驱动电路323；
141.延时电路33根据时序信号向驱动电路323发送一控制信号，以使得驱动电路323在延时电路33的控制下向受控电路b1发送输出信号。
142.具体地，针对现有技术中光电传感器在启动过程中由于电压不稳定造成输出抖动进而损坏连接在传感器上的负载，本实施例中通过在输出模块3中添加延时电路33，根据时
序信号控制驱动电路323在上电过程中持续向受控电路b1输出低电平，进而提高了可编程光电传感器的安全性，避免了上电过程中容易产生的电压抖动问题。
143.在一种较优的实施例中，如图10所示，输出模块3还包括一过载保护电路34，过载保护电路34的感测端连接受控电路b1，过载保护电路34的输出端连接时序电路5，过载保护电路34的受控端连接控制模块4；
144.过载保护电路34根据控制参数获取受控电路b1的检测电压值，并根据检测电压值和控制参数可选择地向时序电路5发出一重置信号，这一重置信号使时序电路5控制驱动电路323停止输出输出信号。
145.具体地，针对现有技术中光电传感器通常采用温敏电阻做为过载保护电路，在过载时不能及时恢复的问题，本实施例中通过设置过载保护电路34实现了对受控电路b1的电压的直接测量，进而控制驱动电路323停止发送输出信号，或在电路恢复后通过停止发送重置信号进而使得驱动电路323快速恢复。
146.在实施过程中，如图11所示，对于npn型输出回路，过载保护电路24测量电阻r1上的测量电压值v_npn，当v_npn高于过载保护电路24设定的阈值v_thnpn时，过载保护电路24向时序电路5发送重置信号，以使得驱动电路323根据时序信号在一段时间内将动作输出电平置为低电平。此时，三极管q1截止，负载电流为0。在预设的时间过后，时序电路5根据原先的控制参数向驱动电路323发送时序信号，以使得驱动电路323向三极管q1发送输出信号。当驱动电路323向三极管q1输出一高电平的动作输出信号时，过载保护电路24重新获取测量电压值v_npn，并判断v_npn是否高于阈值v_thnpn。如果v_npn依旧大于v_thnpn，过载保护电路323重新向时序电路5发送重置信号，进而通过时序信号使得驱动电路323的动作输出信号翻转为低电平，在此过程中，三极管q1的导通时间取决于时序电路5，一般设为小于100微秒，由于时间很短，不会损坏三极管q1。若三极管q1导通后，过载消除，过载保护电路33测得的电压测量值v_npn低于v_thnpn，则过载保护电路33不发出重置信号，驱动电路323正常输出。通过上述设计实现了可编程光电传感器的过载保护和过载后的快速恢复。
147.在一种较优的实施例中，如图12所示，控制模块4包括：
148.通信电路41，通信电路41与上位机a1通信连接，通信电路41自上位机a1接收控制参数；
149.寄存器42，寄存器42连接通信电路41、发射模块1、接收模块2、输出模块3和时序电路5，寄存器42存储并转发控制参数；
150.通信电路41在与上位机a1的通信过程中对控制参数进行校验。
151.具体地，针对现有技术中光电传感器容易因为环境中的电磁干扰导致接收到的控制参数发生错误的问题，本实施例中通过设置通信电路41与上位机a1进行通信，并在通信过程中对控制参数进行校验。当校验不通过时，请求上位机a1重新发送控制参数，进而提高了可编程光电传感器的抗干扰性。
152.在实施过程中，通信电路41通过现有技术中的总线协议，比如i2c、spi等与上位机a1进行通信过程。在通信过程中，通信电路41根据现有的校验方式对控制参数进行校验。在一种实施例中，该校验方式为循环冗余校验(cyclic redundancy check，crc)。寄存器42为基于现有技术实现的寄存器，包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦
除可编程只读存储器(eprom或者快闪存储器)等。在特定的实施例中，比如该寄存器42为固定控制参数的寄存器，其优选为otp(one time programmable)，mtp(multiple time programmable)和eeprom等形式的只读存储器。
153.在一种较优的实施例中，寄存器42中设置有多个校验位42a、42b、42c；
154.校验位42a、42b、42c于通信电路41接收到控制参数时对控制参数进行存储；
155.校验位42a、42b、42c于可编程光电传感器工作时对控制参数进行校验，并在校验不通过时产生一报警信号。
156.具体地，针对现有技术中光电传感器在复杂电磁环境中工作时容易因为电磁干扰造成寄存器位翻转的问题，本实施例中于寄存器42中设置特定的校验位42a、42b、42c，在可编程光电传感器工作时对特定位的控制参数进行实时比对，并在校验不通过，即因电磁干扰造成寄存器翻转时及时生成报警信号，并进行进一步处理，从而提高了可编程光电传感器的抗干扰性。
157.在实施过程中，校验位42a、42b、42c为设置在寄存器42中特定位的校验位，其实际数量和在寄存器42中的位数可根据实际的寄存器42的位数，或控制参数的长度进行设置。比如，当寄存器42的位数较长时，可设置数量更多的校验位以实现对寄存器42的故障校验效果。校验位42a、42b、42c根据控制参数的数据体结构的不同可选择均匀分布于寄存器中，或是设置在特定的、与数据体结构相对应的数据位上，进而实现对控制参数较好的校验效果。校验位42a、42b、42c在寄存器42中通过逻辑电路对预存储于校验位42a、42b、42c中的数值和寄存器42中特定位的数值进行比较，进而在寄存器42受到外部电磁干扰、位翻转时及时发现这一故障，进而生成报警信号。该报警信号可以体现为一电平信号，或是基于微处理器处理后得到的数据报文。
158.在一种较优的实施例中，控制模块4还包括一判断电路43，判断电路43连接寄存器42和通信电路41；
159.当通信电路41的校验不通过时，通信电路41产生报警信号；
160.判断电路43在接收到寄存器42和/或通信电路41产生的报警信号时，向上位机a1发送一提醒信号。
161.作为可选的实施方式，判断电路43通过通信电路41向上位机a1发送提醒信号；
162.或者，判断电路43通过一sts端口连接至上位机a1，并通过sts端口向上位机发送提醒信号。
163.具体地，针对现有技术中光电传感器在复杂电磁环境中工作时容易受到电磁干扰，进而无法正常工作的问题，本实施例中通过设置判断电路43、具有校验功能的通信电路41和具有校验功能的寄存器42，在控制参数的传输过程和可编程光电传感器的工作过程中分别进行校验，并在校验不通过时通过判断电路43及时提醒上位机a1，实现了较好的抗干扰效果。
164.在实施过程中，判断电路43根据实际需要被设置为一与门电路或一或门电路。在一种实施例中，报警信号为通信电路41或校验位42a、42b、42c生成的高电平信号，此时判断电路43为一或门电路，即，当判断电路43接收到任意一路输出的高电平报警信号时，通过sts端口进行一次电平翻转，进而向上位机a1发送提醒信号。在另一种实施例中，当通信电路41或校验位42a、42b、42c生成报警信号时，其是由高电平翻转至低电平，此时判断电路43
为一与门电路，即，当任意一路的高电平翻转至低电平时，判断电路43通过sts端口进行一次电平翻转，进而向上位机a1发送提醒信号。上位机a1收到到提醒信号后，即重新向通信电路41发送控制参数。通常情况下，该控制参数与先前生成的控制参数为同一控制参数，此时校验位42a、42b、42c对写入寄存器42中的控制参数进行校验比对，以确认写入寄存器42中的控制参数是否与预先存储于校验位42a、42b、42c中的控制参数一致。在特定的实施例中，该控制参数也可以是上位机a1针对干扰信号重新调整后形成的新的控制参数，此时仅通过通信电路41对接收到的控制参数进行一致性校验。校验通过后，判断电路43根据通信电路41和校验位42a、42b、42c的校验结果停止发送提醒信号。校验不通过时，判断电路43向上位机a1持续发送提醒信号。上位机a1在一段时间后自动触发报警程序，以提醒运维人员排除故障。
165.下面结合应用实施例对本发明作进一步说明：
166.一种应用电路，如图13所示，包括上述的可编程光电传感器x2，还包括：
167.第一发射管阵列x1，第一发射管阵列x1连接可编程光电传感器x2，第一发射管阵列x1于可编程光电传感器x2的控制下生成第一光信号；
168.第一接收管阵列x3，第一接收管阵列x3连接可编程光电传感器x2，第一接收管阵列根据第一光信号生成第一电信号；
169.第一上位机x4，第一上位机x4向可编程光电传感器x2发送第一控制参数；
170.可编程光电传感器x2根据第一控制参数和第一电信号生成第一输出信号和第二输出信号；
171.可编程光电传感器x2根据第一输出信号和第二输出信号分别控制第一三极管xq1和第二三极管xq2的导通与关闭。
172.还包括：第一三极管xq1的集电极连接第一负载xg1，第一负载xg1的另一端连接供电端vcc，第一三极管xq1的发射极连接第一电阻xr1的第一端，第一电阻xr1的第二端接地，可编程光电传感器x2的感测端连接第一电阻xr1的第一端；
173.第二三极管xq2的发射极连接第二负载xg2，第二负载xg2的另一端接地，第二三极管xq2的集电极连接第二电阻xr2的第一端，第二电阻xr2的第二端连接供电端vcc，可编程光电传感器x2的感测端连接第二电阻xr2的第一端。
174.具体地，针对现有技术中的光电传感器在工业环境中不能很好地对开关电路进行控制、过载后不能快速恢复的问题，本实施例中通过在开关量应用电路中应用上述的可编程光电传感器x2，同时实现了对npn三极管和pnp三极管的控制，并与第一电阻xr1、第二电阻xr2配合，分别获取两个支路上的电压测量值，进而使得该应用电路可以在过载时根据电压测量值快速断开，并在设定的动作时间后快速恢复。于恢复的同时进一步检测电路是否仍存在过载故障，若是，则继续断开电路，进而实现了较好的过载保护效果。
175.在实施过程中，上述应用电路可体现为一光电传感器装置中的线路板，或工控设备中的光控制电路。在一实施例中，第一接收管阵列x3与可编程光电传感器x2集成在一传感器芯片上；或者，在另一实施例中，第一发射管阵列x1、第二接收管阵列x3为独立于可编程光电传感器x2的装置。上述组合，包括但不限于第一发射管阵列x1、第一接收管阵列x3的种类、设置位置、数量形成原理等，可根据实际需要进行设置，其并不构成对本发明的限制。第一负载xg1和第二负载xg2为应用场景中的外部电子元件，其由第一三极管xq1和第二三
极管xq2控制通电与断电。比如，在一种实施例中，第一负载xg1和第二负载xg2分别连接至一嵌入式设备的控制引脚，用于根据可编程光电传感器x2的监测结果控制工业设备工作。第一上位机x4为一计算机设备，其被配置为通过总线协议与可编程光电传感器x2通信，并向可编程光电传感器x2发送第一控制参数。在通信过程与工作过程中，可编程光电传感器x2均执行上述的过载检测、时序同步、寄存器校验等方法或其中部分内容，在此不再赘述。
176.一种应用电路，如图14所示，包括上述的可编程光电传感器y2，还包括：
177.第二发射管阵列y1，第二发射管阵列y1连接可编程光电传感器y2，第二发射管阵列y1于可编程光电传感器y2的控制下生成第二光信号；
178.第二接收管阵列y3连接可编程光电传感器y2，第二接收管阵列y3根据第二光信号生成第二电信号；
179.第二上位机y4，第二上位机y4向可编程光电传感器y2发送第二控制参数；
180.可编程光电传感器y2根据第二控制参数，第二电信号生成一模拟输出信号，并将模拟输出信号发送至第二上位机y4。
181.具体地，针对现有技术中光电传感器在复杂电磁环境下容易受到干扰，进而无法正常工作的问题，本实施例中通过应用上述可编程光电传感器y2，在通过alu实现模拟量输出的同时，通过bus总线与第二上位机y4进行通信并通过sts端口发出提醒信号，进而使得可编程光电传感器y2在复杂电磁环境下能够实现对第二上位机y4发送的控制参数的校验，以及在工作过程中对存储在寄存器中的控制参数的持续校验，并在校验不通过时及时通过sts端口发送提醒信号，提高了可编程光电传感器在复杂电磁环境下的抗干扰性。
182.在实施过程中，上述应用电路可体现为一光电传感器装置中的线路板，或工控设备中的光控制电路。在一实施例中，第二接收管阵列y3与可编程光电传感器y2集成在一传感器芯片上；或者，第二发射管阵列y1、第二接收管阵列y3为独立于可编程光电传感器y2的装置。上述组合及未提及的其他组合方式，包括但不限于第二发射管阵列y1、第二接收管阵列y3的种类、设置位置、数量、形成原理等，可根据实际需要进行设置，其并不构成对本发明的限制。第二上位机y4可基于现有技术中的总线(bus)与可编程光电传感器y2进行通信并发送控制参数。可编程光电传感器y2在通信过程中基于现有的校验编码，比如crc校验，对接收到的第二控制参数进行校验，以实现在通信过程中的纠错过程。当可编程光电传感器y2在通信或工作过程中发生校验错误的情况时，sts端口会产生电平翻转，由高电平转向低电平，或者，由低电平转向高电平，进而使得第二上位机y4根据这一信号重新发送第二控制参数。第二上位机y4中设置有相应的计时或计数程序，用于在sts端口触发电平翻转时统计故障排除的时间和/或重新发送第二控制参数的次数。当触发阈值后仍未排除故障则生成相应的维修工单提醒运维人员进行处理。
183.本发明的有益效果在于:通过设置控制模块对发射模块、接收模块，时序电路和输出模块的控制参数进行调节，实现了可编程光电传感器整体的工作参数可控、易于调节，进而使得可编程光电传感器整体在实际应用中可以根据实际需求对控制参数进行调节，克服了现有技术中光电传感器设定参数较少、难以进行调节的缺点。通过开关电容技术和可编程的时序电路产生多种时序，提高了传感器的抗干扰能力。通过启动延时，过载保护和快速过载状态恢复，提高了传感器的可靠性。
184.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对
于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。